Cómo la física cuántica puede fortalecer la encriptación

A medida que la computación cuántica se consolida, traerá consigo un aumento inimaginable de la capacidad de cálculo. Con esto, los sistemas que usamos para proteger nuestros datos y nuestros procesos democráticos se volverán aún más vulnerables. Pero aún hay tiempo de hacer planes para hacerle frente al inminente apocalipsis digital, dice el experto en encriptación Vikram Sharma. En esta charla nos cuenta cómo combate cuanto con cuanto: diseñando dispositivos y programas que usan el poder de la física cuántica para defendernos de los ataques más sofisticados.

Últimamente, el mundo de los negocios
se ha visto afectado por ciberataques.

Filtraciones de datos en empresas como
JP Morgan, Yahoo, Home Depot y Target

les han hecho perder cientos,
sino miles de millones de dólares.

Unos pocos ataques importantes
podrían arrasar con la economía mundial.

Y el sector público
tampoco ha sido inmune.

Entre 2012 y 2014,

hubo una gran filtración de datos

en la Oficina de Gestión
de Personal de los EE. UU.

Resultaron comprometidos
permisos de seguridad y huellas digitales

lo que afectó a 22 millones de empleados.

Habrán oído de los piratas informáticos
financiados por el estado

que intentaron influenciar las elecciones
en varios países con datos robados.

Dos ejemplos recientes son:

la gran filtración de datos del Bundestag,
el parlamento nacional alemán,

y el robo de correos electrónicos
del Comité Nacional Demócrata en EE. UU.

La amenaza cibernética está afectando
nuestros procesos democráticos.

Y es probable que la cosa empeore.

A medida que las computadoras
se vuelven más poderosas,

los sistemas que protegen nuestros datos
se están volviendo más vulnerables.

Como agravante, hay un nuevo tipo
de tecnología en computación,

la llamada computación cuántica,

que aprovecha propiedades
microscópicas de la naturaleza

para aumentar la potencia de cálculo
de manera inconcebible.

Es tan poderosa que va a descifrar
muchos de los sistemas de encriptación

que usamos hoy en día.

¿Estamos en una situación desesperada?

¿Nos armamos con un equipo
de supervivencia digital

y nos preparamos para la llegada
del apocalipsis de los datos?

Yo diría que todavía no.

La computación cuántica estará
en el laboratorio unos cuantos años más

hasta que pueda tener
aplicaciones prácticas.

Más importante,

ha habido grandes avances
en el campo de la encriptación.

Para mí, este es un momento
particularmente interesante

en la historia de la comunicación segura.

Hace unos 15 años,

cuando me enteré de la nueva capacidad

de crear efectos cuánticos
que no existen en la naturaleza,

me entusiasmé.

La idea de aplicar las leyes
fundamentales de la física

para fortalecer la encriptación

realmente me intrigó.

Hoy un selecto grupo de empresas
y laboratorios mundiales, incluido el mío,

están desarrollando esta tecnología
para aplicaciones prácticas.

Sí, es así.

Nos estamos preparando
para combatir cuanto con cuanto.

¿Cómo funciona todo esto?

Primero vamos a dar una vuelta
por el mundo de la encriptación.

Para eso van a necesitar un maletín,

algunos documentos importantes
para mandarle a su amigo James Bond

y una cerradura para mantener todo seguro.

Como son documentos altamente secretos,
vamos a usar un maletín de avanzada.

Tiene una cerradura
con combinación especial

que cuando se cierra,

convierte el texto de los documentos
en números aleatorios.

Y, Uds. meten los documentos
dentro del maletín y cierran la cerradura.

En ese momento los documentos
se convierten en números aleatorios,

y le envían el maletín a James.

Mientras el maletín está en tránsito
lo llaman y le dan el código.

Cuando recibe el maletín,
James ingresa el código,

los documentos se decodifican y listo:

acaban de enviarle un mensaje
encriptado a James Bond.

(Risas)

Es un ejemplo divertido, pero ilustra tres
aspectos importantes de la encriptación.

El código es lo que se llama
clave de encriptación.

Podrían pensarlo como una contraseña.

La llamada a James para darle
el código de la cerradura con combinación

se llama intercambio de clave.

Así nos aseguramos

de que la clave de encriptación
llegue al lugar correcto de forma segura.

Y la cerradura, que codifica
y descodifica el documento,

es lo que llamamos
algoritmo de encriptación.

Usando la clave, codifica
el texto de los documentos

en números aleatorios.

Un buen algoritmo encripta de tal manera

que, sin la clave,
es muy difícil de descifrar.

La encriptación es tan importante

porque si alguien interceptara el maletín
y le hiciera un tajo para abrirlo,

sin la clave de encriptación
y el algoritmo de encriptación

no podrían leer los documentos.

No encontrarían nada más
que un montón de números aleatorios.

Los sistemas de seguridad, por lo general,
se basan en un método seguro

para comunicar la clave al lugar correcto.

Sin embargo, el aumento rápido
de la capacidad de cálculo

está poniendo en riesgo
algunos métodos que usamos hoy.

Fíjense por ejemplo en el sistema RSA,
uno de los más usados hoy en día.

Cuando se inventó, en 1977,

se estimaba que llevaría
un cuatrillón de años

descifrar una clave RSA de 426 bits.

En 1994, tan solo 17 años después,

el código fue descifrado.

A medida que las computadoras
se volvieron más poderosas,

hemos tenido que usar códigos más grandes.

Hoy normalmente usamos 2048 o 4096 bits.

Como ven, existe una batalla constante
entre codificadores y descodificadores

para ver quién es más inteligente.

Y dentro de 10 o 15 años, cuando lleguen
las computadoras cuánticas,

van a ser aún más rápidas
para descifrar las matemáticas complejas

que son la base de nuestros
sistemas de encriptación.

En efecto, la computadora cuántica podría
convertir nuestro castillo fortificado

en un simple castillo de naipes.

Tenemos que encontrar una manera
de defender nuestro castillo.

En los últimos años ha habido
cada vez más investigaciones

sobre el uso de los efectos cuánticos
para fortalecer la encriptación.

Y ha habido descubrimientos interesantes.

¿Recuerdan los tres elementos
importantes para la encriptación?

Una buena clave, un intercambio seguro
y un fuerte algoritmo.

Bueno, los avances
de la ciencia y la ingeniería

están poniendo dos
de esos tres elementos en riesgo.

Primero de todo, las claves.

Los números aleatorios son los elementos
básicos de las claves de encriptación.

Pero hoy, no son realmente aleatorios.

Actualmente, generamos
claves de encriptación

con base en secuencias
de números aleatorios

generados por sistemas informáticos.

Son números pseudoaleatorios.

Los números generados por un programa
o una receta matemática

tendrán algún patrón,
aunque no sea obvio.

Cuanto menos aleatorios los números,

o en términos científicos,
cuanta menos entropía contienen,

más fáciles son de predecir.

Varios casinos fueron víctimas
de ataques creativos recientemente.

Los resultados de máquinas tragamonedas
fueron registrados durante un tiempo

y luego analizados.

Con esto, los piratas informáticos

dedujeron el proceso de generación
de números pseudoaleatorios

detrás de las ruedas giratorias.

Así pudieron predecir el giro
de las ruedas con gran exactitud,

lo que les trajo grandes ganancias.

Las claves de encriptación
corren riesgos similares.

Así que un generador de números realmente
aleatorios es vital para la encriptación.

Los investigadores han pasado años

tratando de construir un verdadero
generador de números aleatorios

Pero la mayoría de los diseños hasta ahora
no son suficientemente aleatorios,

o suficientemente rápidos,
o fáciles de reproducir.

Pero el mundo cuántico
es realmente aleatorio.

Y tiene sentido aprovechar
esta aleatoriedad intrínseca.

Los dispositivos de medición cuántica

pueden generar un sinfín de números
aleatorios a gran velocidad,

frustrándole los planes
a todos esos criminales de casino.

Un grupo selecto de universidades
y empresas alrededor del mundo

está abocado a construir verdaderos
generadores de números aleatorios.

En mi empresa nuestro generador
cuántico de números aleatorios

comenzó en una mesa óptica de 2 m x 1 m.

Luego logramos reducirlo
al tamaño de un servidor.

Hoy está miniaturizado en una tarjeta PCI
que se enchufa en una computadora común.

Este es el generador de números realmente
aleatorios más veloz del mundo.

Mide efectos cuánticos para producir

mil millones de números
aleatorios por segundo.

Y hoy lo estamos usando
para mejorar la seguridad

de proveedores de servicios en la nube,
bancos y agencias de gobierno

en todo el mundo.

(Aplausos)

Pero aun con un verdadero
generador de números aleatorios,

seguimos teniendo la segunda
gran amenaza cibernética:

el problema de la seguridad
del intercambio de clave.

Los intercambios de clave actuales

no podrán hacerle frente
a la computadora cuántica.

La solución cuántica a este problema
es la distribución de clave cuántica,

o QKD, por sus siglas en inglés.

Aprovecha una característica,
fundamental y contraria a la lógica,

de la mecánica cuántica.

Una partícula cuántica se modifica
con el solo hecho de mirarla.

Déjenme darles un ejemplo
de cómo funciona esto.

Piensen de nuevo en el ejemplo
del intercambio de clave con James Bond.

Salvo que esta vez, en lugar de llamar
a James Bond para darle la clave,

vamos a usar efectos cuánticos
en un láser para transportar el código

y enviárselo a James
por fibra óptica normal.

Vamos a dar por sentado que el Dr. No
está tratando de hackear el intercambio.

Por suerte, los intentos del Dr. No
para interceptar las claves cuánticas

van a dejar huellas que Uds.
y James pueden detectar.

Esto permite descartar las claves
que fueron interceptadas.

Las claves que sobreviven

pueden ser usadas para proporcionar
una muy fuerte protección de datos.

Y como la seguridad está basada
en las leyes fundamentales de la física,

ni una computadora cuántica,
ni una supercomputadora del futuro,

será capaz de descifrarla.

Mi equipo y yo colaboramos
con universidades de primer nivel

y con el sector de defensa

para consolidar esta
interesante tecnología

en la próxima generación
de productos de seguridad.

La Internet de las Cosas anuncia
una era hiperconectada

un pronóstico de 25 a 30 mil millones
de dispositivos conectados para 2020.

Para que nuestra sociedad funcione
correctamente en este mundo conectado,

la confianza en los sistemas
que apoyan los dispositivos es vital.

Apostamos a que las tecnologías cuánticas
van a ser cruciales para esta confianza,

para que podamos beneficiarnos realmente
de las innovaciones increíbles

que tanto nos van a enriquecer la vida.

Gracias.

(Aplausos)